一种泥水压力平衡装置及泥浆护壁方法与流程

本发明涉及灌注桩建造，尤其是涉及一种泥水压力平衡装置及泥浆护壁方法。

背景技术：

1、地层中的岩土体受到上覆地层压力的作用，在灌注桩成孔之前，孔壁的土体层处于初始的力学平衡状态。在钻孔灌注桩施工过程中，随着钻机的钻进，土体渐渐被钻头带出，解除孔壁的侧压力，对孔壁是一个加载过程，孔壁失去了原有土体的支撑，原有的地层压力自由释放，孔壁周围土应力重新分布，破坏原有的土体结构使土体出现变形，而灌注桩孔壁失稳的实质是原有土体结构破坏，失去力学平衡状态。

2、现有技术中，钻进过程的同时泥浆液注入钻孔内，此时孔壁岩土体材料就受到致塌力作用和抗塌力的作用。孔内泥浆液运动对护壁会产生不利影响，进钻时对孔壁产生压迫力、钻具在钻孔内的运动、提钻时在钻具下方产生真空负压作用形成抽吸力都会使孔壁交替承受压力或抽吸力的作用，增加了孔壁塌陷的风险。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种泥水压力平衡装置及泥浆护壁方法，钢管上设置自动阀门，在钻进过程中自动阀门关闭，泥浆液在孔壁上形成泥浆保护层，保持孔壁稳定，防止孔壁塌陷，而在提钻过程中自动阀门打开，使得孔内泥浆液液面下降，提高了孔壁的稳定性以及抗破坏能力。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种泥水压力平衡装置，包括钻头，钻头上方设有扩孔组件，所述扩孔组件上方设有平衡组件，所述平衡组件包括钢管，钢管上方设有外丝扣，其下方设有内丝扣，钢管侧壁上设置有自动阀门，所述自动阀门包括第一腔体，第一腔体一侧设有第二腔体，第一腔体底部设有铰接板，铰接板与门体连接，门体与第一腔体侧壁之间设有第一密封圈，门体一侧设有凸起，凸起上设有沟槽，沟槽内设有第二密封圈。

3、优选的，所述扩孔组件包括第一固定座，第一固定座与螺纹杆底部连接，螺纹杆顶部与第二固定座通过螺纹连接，螺纹杆内部中空，第二固定座上设有第二限位槽，第二固定座上方设有驱动结构，第一固定座上设有第一限位槽，第一限位槽内铰接有第一连接杆，第一连接杆与第二连接杆铰接，第二连接杆上均布有弹头，第二连接杆与第二限位槽铰接。

4、优选的，所述驱动结构包括电机，电机与传动轴连接，传动轴上设有齿轮，齿轮与螺纹杆啮合，电机安装在固定板上，固定板与第二固定座之间设有护筒，固定板与护筒、护筒与第二固定座均通过螺纹连接。

5、优选的，所述钻头内部设有正排出管，正排出管与平衡组件连接，正排出管与侧排出管连接，平衡组件上方设有钻杆，平衡组件与钻杆内部均设有电缆通道，平衡组件与钻杆通过螺纹连接。

6、本发明提供了一种泥浆护壁方法，包括如下步骤：

7、步骤1、孔壁周围应力分析；

8、步骤2、孔壁稳定性分析。

9、优选的，所述步骤1中的应力分析包括：

10、步骤1.1、土体应力分析；

11、步骤1.2、泥浆液与地下水对孔壁的应力分析；

12、步骤1.3、孔壁土体在自重应力和孔内泥浆液及地下水作用下的应力分析。

13、优选的，所述步骤1.1中土体应力包括竖向应力、径向应力和切向应力，竖向应力为

14、径向应力为

15、切向应力为

16、优选的，所述步骤1.2中泥浆液与地下水对孔壁的应力包括竖向应力、径向应力和切向应力，

17、竖向应力为σzw＝0

18、径向应力为σrw＝p

19、切向应力为σθw＝-p。

20、优选的，所述步骤1.3中孔壁土体在自重应力和孔内泥浆液及地下水作用下的应力包括竖向应力、径向应力和切向应力，

21、竖向应力为σz＝σzi+σzw

22、径向应力为σr＝σri+σrw

23、切向应力为σθ＝σθi+σθw。

24、优选的，所述步骤2中孔壁土体的极限平衡条件为：

25、

26、因此，本发明采用上述一种泥水压力平衡装置及泥浆护壁方法，钢管上设置自动阀门，在钻进过程中自动阀门关闭，泥浆液在孔壁上形成泥浆保护层，保持孔壁稳定，防止孔壁塌陷，而在提钻过程中自动阀门打开，使得孔内泥浆液液面下降，提高了孔壁的稳定性以及抗破坏能力。

27、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

技术特征：

1.一种泥水压力平衡装置，包括钻头，钻头上方设有扩孔组件，其特征在于：所述扩孔组件上方设有平衡组件，所述平衡组件包括钢管，钢管上方设有外丝扣，其下方设有内丝扣，钢管侧壁上设置有自动阀门，所述自动阀门包括第一腔体，第一腔体一侧设有第二腔体，第一腔体底部设有铰接板，铰接板与门体连接，门体与第一腔体侧壁之间设有第一密封圈，门体一侧设有凸起，凸起上设有沟槽，沟槽内设有第二密封圈。

2.根据权利要求1所述的一种泥水压力平衡装置，其特征在于：所述扩孔组件包括第一固定座，第一固定座与螺纹杆底部连接，螺纹杆顶部与第二固定座通过螺纹连接，螺纹杆内部中空，第二固定座上设有第二限位槽，第二固定座上方设有驱动结构，第一固定座上设有第一限位槽，第一限位槽内铰接有第一连接杆，第一连接杆与第二连接杆铰接，第二连接杆上均布有弹头，第二连接杆与第二限位槽铰接。

3.根据权利要求2所述的一种泥水压力平衡装置，其特征在于：所述驱动结构包括电机，电机与传动轴连接，传动轴上设有齿轮，齿轮与螺纹杆啮合，电机安装在固定板上，固定板与第二固定座之间设有护筒，固定板与护筒、护筒与第二固定座均通过螺纹连接。

4.根据权利要求3所述的一种泥水压力平衡装置，其特征在于：所述钻头内部设有正排出管，正排出管与平衡组件连接，正排出管与侧排出管连接，平衡组件上方设有钻杆，平衡组件与钻杆内部均设有电缆通道，平衡组件与钻杆通过螺纹连接。

5.一种如权利要求1-4所述的泥浆护壁方法，其特征在于：包括如下步骤：

6.根据权利要求5所述的一种泥浆护壁方法，其特征在于：所述步骤1中的应力分析包括：

7.根据权利要求6所述的一种泥浆护壁方法，其特征在于：所述步骤1.1中土体应力包括竖向应力、径向应力和切向应力，

8.根据权利要求6所述的一种泥浆护壁方法，其特征在于：所述步骤1.2中泥浆液与地下水对孔壁的应力包括竖向应力、径向应力和切向应力，

9.根据权利要求6所述的一种泥浆护壁方法，其特征在于：所述步骤1.3中孔壁土体在自重应力和孔内泥浆液及地下水作用下的应力包括竖向应力、径向应力和切向应力，

10.根据权利要求5所述的一种泥浆护壁方法，其特征在于：所述步骤2中孔壁土体的极限平衡条件为：

技术总结
本发明公开了一种泥水压力平衡装置及泥浆护壁方法，属于灌注桩建造技术领域，包括钻头，钻头上方设有扩孔组件，扩孔组件上方设有平衡组件，平衡组件包括钢管，钢管上方设有外丝扣，其下方设有内丝扣，钢管侧壁上设置有自动阀门，自动阀门包括第一腔体，第一腔体一侧设有第二腔体，第一腔体底部设有铰接板，铰接板与门体连接，门体与第一腔体侧壁之间设有第一密封圈，门体一侧设有凸起，凸起上设有沟槽，沟槽内设有第二密封圈。本发明采用上述的一种泥水压力平衡装置及泥浆护壁方法，设置自动阀门，钻进过程中自动阀门关闭，泥浆液在孔壁上形成保护层，防止塌陷，提钻过程中自动阀门打开，使孔内泥浆液液面下降，提高孔壁的稳定性以及抗破坏能力。

技术研发人员：李鹏,王海,罗争,谢文杰,彭红续,石文,邓洪亮
受保护的技术使用者：北京市政路桥股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/4